17個品種木芙蓉花的礦質元素分析評價及健康風險評估

曾心美，王 希，石小慶，蔡 露，李夢霞，朱章順, ，陳 存

（1.成都市植物園，四川成都 610036；

2.成都師范學院化學與生命科學學院，四川成都 611130）

礦物質元素在人體生長發育過程中起著關鍵作用，與人體健康和疾病防治有著密切聯系。近年來的醫學研究發現，人體所含礦質元素的含量多少，與癌癥、高血壓、心血管疾病及人類的壽命有著密切的關系，它們的攝入過量、不足、不平衡或缺乏都會不同程度地引起人體生理異常或發生疾病[1-4]。現在仍有很多人因日常膳食中礦質營養的缺乏，導致身體出現“亞健康”，甚至出現一些疾病，有的則因必需微量元素攝入過多或有害微量元素的吸收積累，導致機體功能紊亂，危害健康[5-7]。

木芙蓉（Hibiscus mutabilis），俗稱芙蓉花，隸屬于錦葵科木槿屬，花大色麗，是一種久經栽培的園林觀賞花木。其花不僅美麗，還是一種傳統天然美食[8]，同時芙蓉花還可供藥用，有清肺、涼血、消炎[9-10]和解毒[11-12]的功效。然而目前有關芙蓉花的研究主要集中在藥理學方面，針對芙蓉花的礦物質元素還沒有比較全面的研究，鄭廣填[13]報道過芙蓉花與其他四種食用花卉的營養對比，但未對其礦質元素進行全面的報道分析。隨著芙蓉花作為食用原料被日漸關注，其所含礦質元素含量和其食用安全性也值得被進一步深入探究。本研究以成都市植物園自行選育的17個木芙蓉品種為研究材料，測定花中礦質元素成分和含量，對比分析營養價值，并進一步評估其食用健康風險，以期為木芙蓉的綜合開發利用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

17 個品種的木芙蓉花‘BRHC’、‘CX’、‘DBB’、‘DBH’、‘JQS’、‘JBY’、‘JQZ’、‘JR’、‘JXZ’、‘MDF’、‘JQH’、‘QY’、‘YR’、‘CBB’、‘CBBBH’、‘ZH’、‘ZY’所有品種均來自成都市植物園自主研發選育；硝酸、高氯酸等試劑 均為分析純；各元素的標準儲備液均為國家標準溶液；實驗用水 為超純水。

SGC-P石墨電熱板 中環北方（北京）儀器儀表有限公司；ICP（PE8300）光譜儀 珀金埃爾默公司；RS200瑪瑙碾磨儀 弗爾德（上海）儀器設備有限公司；DFA1004C電子天平 陜西德祥實驗設備有限公司；移液槍 德國艾本德股份公司。

1.2 樣品處理

預處理：將芙蓉花樣品用超純水沖洗干凈，置于培養皿中，在65 ℃鼓風干燥箱中烘12 h，然后研磨至粉末狀，過100目篩，轉移至廣口瓶中并放入烘箱中待用。

前處理：稱取處理后的樣品約0.5 g放于消化管內，加入5 mL硝酸和1 mL的高氯酸，置于高溫消化爐上，套上冷凝排廢裝置，先加熱至168 ℃ 30 min，再調節溫度至380 ℃消煮約90 min至溶液成透明即可。然后將消煮液無損轉入50 mL容量瓶定容，用ICP-OES直接測定。

根據儀器檢出的花礦質元素的結果是以干重計，但因我國食品衛生標準限值等多以鮮重計量，所以本文列出的有害微量元素結果均是根據花的含水率折算后計算[14]。

1.3 檢測條件

ICP-OES工作條件參數為射頻功率1300 W，冷卻氣流量 0.8 L·min-1，輔助氣流量 0.2 L·min-1，載氣流量15 L·min-1。分別按各元素測定波長進行測定。

1.4 數據處理

1.4.1 人體耐受量評估 以世界衛生組織（WHO）、聯合國糧農組織（FAO）下的食品添加劑聯合專家委員會（JECFA）制定的污染物的單位體重每周可耐受攝入量[15]作為食用安全性評價依據：As、Pd、Cd、Cr的單位體重每周可耐受攝入量分別為0.9、0.025、0.007、0.023 mg·kg-1，依據其在芙蓉花中的含量以及我國居民每周食用花卉消費量，計算成人每周實際攝入量（AWI，mg），并與成人每周可耐受攝入量（PTWI，mg）比較，評價其食用安全性。評價方法如下：

式中：Ci為芙蓉花中某種微量元素含量，mg·kg-1，取平均值和最高值分別計算每周攝入某種微量元素的平均值和最高值；WC為人均每周芙蓉花消費量，根據2013年中國居民膳食營養素參考攝入量[16]，按0.5 kg/周計，成人體重以60 kg計。

以AWI和PTWI的百分比對食品安全性進行評價，所占比例越高，其食用安全性越低。

1.4.2 健康風險評估 研究區居民經由蔬菜攝入的重金屬量，可采用日均攝入量（daily intake，DI）來度量[17]，計算公式為：

式中：DI為重金屬的日均攝入量，mg·d-1；FIR為蔬菜的日攝入速率，kg·d-1，以鮮重計；C為蔬菜中重金屬含量，mg·kg-1；參照文獻[18-19]并結合當地居民飲食習慣，確定研究區成人蔬菜的日攝取率FIR為450 g·d-1，青少年兒童的日攝取率FIR為230 g·d-1。

采用US EPA提出的目標危害系數法（THQ）模型評價攝入蔬菜中重金屬的健康風險[20]。其中，THQ是以污染物暴露劑量與參考劑量的比值來表征非致癌健康風險水平，如果比值超過安全基準值1.0，說明該污染物對人體具有潛在健康風險。THQ的計算公式為：

式中：THQ為目標危險系數；EF為暴露頻率，d·a-1；ED 為暴露年限，a，平均壽命按 70 年計；FIR 和C 含義同上；RfD 為重金屬暴露參考劑量，mg·（kg·d）-1；BW為受體體重，成年人按照60 kg計，青少年兒童按32 kg計；AT為平均暴露時間（ED×365）。

重金屬對人體健康的影響一般是由多種元素共同作用的結果,因此計算多種重金屬復合風險（HI），計算公式為：

式中：THQi為微量元素i的目標危害商值。HI≤1，表明沒有明顯的負面影響；HI＞1，表明對人體健康產生負面影響的可能性很大；HI＞10，表明存在慢性毒性效應。

1.5 數據處理

應用 SPSS 24.0和 Microsoft Excel 2010進行數據分析及圖表制作，因子分析采用主成分分析。

2 結果與分析

2.1 必需常量礦質元素含量分析

由表1可知，常量元素中K的平均含量最高，達 18682.003 mg·kg-1，分別是 Ca、Mg、Na 元素平均值的7.2、6.9、50.9倍，可見K是木芙蓉花中主要的礦質元素。由變異系數可見四種必需大量元素在品種間的含量具有一定的差異性，變化幅度依次為Na＞Ca＞Mg＞K，K 含量變異系數最小，為 13564.921～24951.771 mg·kg-1，Na和 Ca的變異系數較大，Ca 含量為 1301.943～4786.171 mg·kg-1，Na 含量為122.894～706.763 mg·kg-1， Mg 含 量 為 1724.442～3748.110 mg·kg-1。其中‘CBBBH’花中的 K 和 Ca 含量最高，分別為 24951.771、4786.171 mg·kg-1，K 含量最低的是‘BRHC’（13564.921 mg·kg-1），Ca 含量最低的是‘JQS’（1301.943 mg·kg-1），‘DBH’花中的Mg 含量最高，為 3748.110 mg·kg-1。

表1 不同品種木芙蓉花的必需常量元素含量（mg·kg-1）Table 1 Contents of essential macroelements in flower of different H.mutabilis varieties (mg·kg-1)

2.2 有益微量礦質元素含量分析

檢測出的11種有益礦質微量元素含量見表2，不同品種芙蓉花中微量元素平均含量高低為Fe＞Al＞Zn＞B＞Mn＞Cu＞Mo＞I＞V＞Si＞Co，各元素含量間存在較大差異，其中Fe含量最高，平均值為86.900 mg·kg-1，此外Al、Zn和B元素含量也較為豐富，平均值分別為 54.997、40.808、37.429 mg·kg-1，含量最低的元素是Co，平均含量為0.072 mg·kg-1。從變異系數可知，同一元素在不同品種間存在一定差異，Fe含量變幅為 55.185～115.034 mg·kg-1，其中‘CX’含量最高達115.034 mg·kg-1，‘JQS’含量最低為 55.185 mg·kg-1；Zn 含 量 變 幅 為 17.880～81.381 mg·kg-1， 品 種 中‘ZY’中的 Zn 含量最高，為 81.381 mg·kg-1，是‘JQS’（17.880 mg·kg-1）的 4.5 倍；I的變異系數最大，含量變幅為 0.009～1.360 mg·kg-1，在‘CX’中含量最高，達1.360 mg·kg-1，約為含量最低‘ZFR’的 15 倍，Mo 變異系數也較大，在品種間的含量變幅為0.320～3.286 mg·kg-1，含量最高的是‘ZFR’，是含量最低‘DBH’的10倍；平均含量最低的Co含量變幅為0.040～0.147 mg·kg-1，其中‘JBY’含量最高達 0.147 mg·kg-1；Mn的平均含量為11.455 mg·kg-1，含量變幅為4.223～23.472 mg·kg-1，含量最高的是‘ZH’，含量達 23.472 mg·kg-1，‘JQS’含量最低為 4.223 mg·kg-1。由此可見，不同品種芙蓉花的Fe、Zn、Mo、I等有益微量元素含量是存在差異的。

表2 不同品種木芙蓉花的有益微量元素含量（mg·kg-1）Table 2 Contents of benificial macroscal elements in flower of different H.mutabilis varieties (mg·kg-1)

2.3 有益微量礦質元素含量主成分分析

對17個品種木芙蓉花的11種有益微量礦質元素進行主成分分析（表3），以特征值≥1為提取主成分的標準。提取了4個主成分，累計貢獻率達76.188%，表明這四個主成分可以代表原始變量的大部分信息。第一主成分以Al、Si和Zn等礦質元素為代表，第二主成分以Fe和B等礦質元素為代表，第三主成分以Co和Mn等礦質元素為代表，第四主成分以I等礦質元素為代表。

表3 不同品種木芙蓉花的有益微量礦質元素主成分提取結果Table 3 Principal component extraction rerults of the beneficial macroscal elements in flower of different H.mutabilis varieties

根據主成分得分和對應的特征值百分率相乘求和，構建綜合評價函數，函數公式：綜合得分=0.26185Y1+0.2571Y2+0.14363Y3+0.0993Y4，其中 Y1～Y4為每個主成分得分。根據綜合評價函數得出不同品種木芙蓉綜合得分和排序結果（表4）。由綜合得分結果可知，不同品種木芙蓉花的有益微量礦質元素排 名 為 ‘JBY’＞ ‘CX’＞ ‘ZH’＞ ‘JQH’＞ ‘DBH’＞ ‘JR ’＞‘CBBBH’＞‘DBB’＞‘ZY’＞‘MDF’＞‘YR’＞‘JXZ’＞‘ZFR’＞‘BRHC’＞‘QY’＞‘CBB’＞‘JQS’，其中‘JBY’、‘CX’、‘ZH’、‘JQH’、‘DBH’花中有益微量礦質元素含量相對較高。

表4 不同品種木芙蓉花的綜合得分和排序Table 4 Comprehensive score and ranking results of flower of different H.mutabilis varieties

2.4 有害微量元素含量分析

重金屬對人體危害較大，需要嚴格控制的主要有As、Hg、Pb、Cd等4種元素。根據2017年食品安全國家標準-食品中污染物限量要求[21]，Cr元素是人體必需的微量元素之一，對人體健康起非常重要的作用，但人體中Cr元素太多則會引起中毒[22]，因此在本文章中將Cr納入有害元素列表一并分析并評估其健康風險。

芙蓉花中檢測出的4種有害重金屬元素Pb、Cd、As及Cr含量見表3，參照《食品中污染物限量》（GB 2762-2017）中蔬菜（葉類蔬菜）的重金屬限量標準，17個品種木芙蓉花的Cd和As、Pb、Cr平均值及最大值均未超過食品污染物限量值。

2.5 人體耐受量評估與健康風險評估

2.5.1 人體耐受量評估 如表5，人體耐受量評估從檢測的17種礦物質元素中選取文獻報道較多的Pb、Cd、As和Cr四種有害微量元素進行人體耐受量評估。依據樣品中重金屬的平均值及最大值，計算出每周實際攝入某種有害微量元素的平均量及最高量，再根據實際攝入量計算其占PTWI的百分比，結果見表6。

表5 木芙蓉花的有害微量元素含量（mg·kg-1）Table 5 Contents of toxic trace elements in flower of H.mutabilis (mg·kg-1)

表6 木芙蓉花中有害微量元素成人每周實際攝入量（AWI）與其每周可耐受量（PTWI）比值Table 6 Ratio of the AWI to the PTWI of flower of H.mutabilis L.

由表6可見，以平均值計算和最大值計算，4種有害微量元素的成人每周實際攝入量（AWI）與PTWI的比值分別為0.01%～9.44%、0.04%～16.87%，表明芙蓉花中因Pb、Cd、As、Cr引起的食用風險低，較為安全。四種重金屬中，Cr的食用安全風險最高，應重點關注。

2.5.2 健康風險評估 根據US EPA綜合風險信息系統數據庫[23]檢索得到 Cr、Cd、As的參考劑量（RfD），分別是 1.5、1×10-3、0.3×10-3mg·（kg·d）-1，Pb的參考劑量采用歐洲食品安全管理局（European Food Safety Authority）提供的數據[24]（1.5×10-3mg·（kg·d）-1）。依據芙蓉花中各微量元素的平均值和式（3）計算人體微量元素的每日攝入量（DI），依據式（4）計算目標危害商值（THQ），結果見表7。

表7 木芙蓉花的有害元素攝入量與健康風險評價Table 7 Intake and health risk of toxic trace elements in flower of H.mutabilis L

采用平均值計算，四種有害微量元素的風險指數（THQ）均小于1，成人復合污染物的總危害系數（HI）為1.029，略大于1，青少年兒童復合污染物HI=0.986，接近于1，均遠小于10，表明分析的四種有害微量元素攝入對人體健康會產生一定的負面影響，但不存在健康風險危害。芙蓉花中四種有害微量元素按 THQ 排序為 Cr＜Cd＜As＜Pb，通過進一步對不同元素對HI的貢獻率（圖1）分析，不同元素對復合污染物的HI的貢獻率存在較大差異，Pb的貢獻率最高，其次為As，分別為65.1%、26.7%，總占比約92%。

圖1 4種有害微量元素對復合污染物總危害系數（HI）的貢獻率比較Fig.1 Comparison of contribution rates of 4 toxic trace elements to compound pollutants' HI

3 討論與結論

結果表明，木芙蓉花中礦物質營養豐富，主要礦質營養元素高于某些蔬果和食用花卉。常量元素中K含量最為豐富，平均含量是梨[25]的2.3倍、黃花菜[26]的8倍左右，Ca的平均含量是大白菜[27]的3.8倍、木槿花[28]的9.1倍，Mg的平均含量是2685.100 mg·kg-1，而大白菜、木槿花僅為120、146.726 mg·kg-1。K、Ca、Mg均對體內Na有拮抗作用，使血管舒張，對人體心血管保護，預防心臟病等方面具有積極作用[29]，Mg還能調節機體免疫因子，增強人體抗病能力[30]。從有益微量礦質元素含量分析結果看，Fe的平均含量是菠菜的3倍、食用玫瑰[31]的1.8倍；Zn的平均含量為 40.556 mg·kg-1，菠菜僅為 8.5 mg·kg-1、萱草[32]為 10.3 mg·kg-1，與木槿花含量相當；Mn 的平均含量（11.431 mg·kg-1）是大白菜的 5.4 倍、萱草的1.4倍；與棗果實[33]相比，木芙蓉花中含有少量的Co平均值約為其平均值的6.2倍，Mo平均含量略高于棗果實。Fe有良好的補血功能，Zn對增強人體的免疫功能必不可少，Mn是超氧化物歧化酶的重要組成部分[34]，Mo具有活化鐵質、防止貧血、幫助代謝、促進正常發育的生理作用，Co具有與氫氰酸形成不同配合物的明顯傾向，因而能解除氰化物的毒性[35]。可見食用木芙蓉花可補充K、Ca、Mg和豐富的有益微量元素，對防治原發性高血壓和心血管疾病、增強免疫力、調節膳食結構、消炎解毒等有積極作用，是一種具有很大開發潛力的食藥用花卉。礦物質營養元素在不同品種間的含量表現出明顯差異，可根據不同的具體食藥用需求選擇個別乃至綜合礦物質元素含量較高的品種木芙蓉的花食用或加工。

通過主成分分析綜合評價17個品種木芙蓉花中Fe、Zn、Mn、Cu等11種有益微量礦質元素含量，發現不同品種花中有益微量礦質元素含量排名為‘JBY’＞‘CX’＞‘ZH’＞‘JQH’＞‘DBH’＞‘JR’＞‘CBBBH’＞‘DBB’＞‘ZY’＞‘MDF’＞‘YR’＞‘JXZ’＞‘ZFR’＞‘BRHC’＞‘QY’＞‘CBB’＞‘JQS’，其中‘JBY’是營養價值最高的品種，可作為功能性食品開發的適宜品種。

參照《食品中污染物限量》規定，芙蓉花樣品中Pb和Cd、As、Cr未超過限量值，無污染。人體耐受量評估檢測結果和健康風險評估結果表明，芙蓉花對食用人群引起的食用風險低，較為安全。As和Pb并非人體必需的微量元素，對人體有害，兩種微量元素對HI貢獻率較高，是四種有害微量元素中的主要風險元素，可能會造成潛在的健康風險，應納入今后的重點監測范疇。所得結果可能與土壤環境中具有較高As、Pb有關，建議今后芙蓉花食藥用栽植區注意有害重金屬防治。